CN113440376A - 一种具有变刚度功能的人体上肢康复训练装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有变刚度功能的人体上肢康复训练装置，涉及康复机器人技术领域，包括通过连接调节结构依次安装连接的肩关节机构、大臂伸缩架、肘关节机构、小臂伸缩架和腕关节机构，肘关节机构和所述腕关节机构各设有一个变刚度关节；变刚度关节由分别作为输入端和输出端的输入盘和输出盘、用于主动驱动进行刚度调节的变刚度驱动结构及用于复位及调节的复位调节结构构成。本发明可以对患者的上肢进行主动和被动的康复训练，并通过在肘关节和腕关节处设置独立驱动的变刚度关节，实现与康复动作独立解耦的刚度调节，在保证康复训练装置工作稳定性的基础上，提高了康复训练装置的使用安全性，避免康复训练装置产生刚性冲击，对患者造成二次伤害。

Description

一种具有变刚度功能的人体上肢康复训练装置

技术领域

本发明涉及康复机器人技术领域，具体涉及一种用于人体上肢功能康复训练的装置。

背景技术

肢体运动功能障碍指某处或连带性的肢体不受思维控制运动或受思维控制但不能完全按照思维控制去行动，意外事故和脑卒中、中风、偏瘫、脊髓损伤等疾病，或人体自然衰老导致不同程度的肢体运动功能障碍。肢体运动功能障碍对患者的身心健康造成极大的不利影响，造成患者生活质量严重下降。医学证实，经过积极的康复治疗，因疾病导致的肢体运动功能障碍绝大多数能重新恢复生活自理能力，部分能从事较轻的工作，自然衰老导致的肢体运动功能障碍也能得到一定程度的缓解和改善。

人体上肢康复训练装置是一种用于上肢康复治疗的装置，可以帮助肌肉或神经障碍的患者进行肢体康复训练，使患肢的运动机能得到较好的恢复。相比于传统的一对一康复治疗方式，康复训练装置具有运动强度可控，复健运动持续时间长，成本较低，康复协调性好的优点。但现有的人体上肢康复训练装置仍存在一些不足之处，如现有的人体上肢康复训练装置只实现了装置带动人体上肢进行被动运动，运动形式单一，运动稳定性差，不具有主动训练的功能；同时，现有的人体上肢康复训练装置多为末端引导式，存在体积庞大、不能穿戴的问题，同时其康复训练需要专门的场地，不适宜家庭使用；此外，现有的康复训练装置不具有柔性，刚性的运动冲击容易对患者造成二次伤害；现有的康复训练装置还存在结构复杂、实用性地、成本费用高的问题。

通过现有技术检索，存在以下已知的技术方案：

现有技术1：

申请号：CN201410627428.9，申请日：20141110，公开(公告)日：20150401，本发明公开了一种基于分组耦合驱动的上肢康复训练装置，包括肩部三自由度自适应机构、第一耦合运动机构、肩部连接组件、第二耦合运动机构以及腕部二自由度自适应机构，第一耦合运动机构固定连接在肩部三自由度自适应机构上，肩部连接组件可转动连接在第一耦合运动机构上，第二耦合运动机构与肩部连接组件固定连接，腕部二自由度自适应机构与第二耦合运动机构固定连接。本发明可以根据不同患者的患肢尺寸和具体使用情况，自适应地做出调整，人体与机构之间可以协调配合，人体舒适度和安全系数都得到了极大的提高，各运动柔顺传递、协调配合，使得所述基于分组耦合驱动的上肢康复训练装置可以完成多种复杂的主被动训练动作。

该申请的上肢康复训练装置通过肩部三自由度适应机构连接第一运动耦合机构，与第二运动耦合机构固连，使得机构进行多自由度的弯曲运动，带动肢体进行相应动作，但是该装置不能实现关节的刚度变化，结构过于复杂，运动稳定性不高。

申请号：CN111166624A，申请日：20200219，公开(公告)日：20200519，本发明公开了一种基于作业疗法的上肢康复训练装置，包括立柱、支撑板、调节杆及定位杆；立柱固定于支撑板上，立柱为中空结构，调节杆的下端套接于立柱内，调节杆的上端设置有训练部件，立柱的内孔的侧壁上沿轴向设置有齿条，调节杆的侧面设置有空缺部，所述空缺部上轴连接有与所述齿条相配合的齿轮，调节杆的侧壁沿轴向开设有若干定位槽，立柱的侧壁上开设有通孔，定位杆穿过所述通孔插入于定位槽内；立柱的侧壁上开设有滑道，把手穿过所述滑道与调节杆的侧壁相连接，该装置的高度便于调节。

该申请的上肢康复训练装置通过固定于支撑板上的立柱调节下端的立柱内套，同时立柱内侧开设滑道，可以将手的放置高度进行调节，通过定位杆的位置确定上肢运动的空间范围进行康复训练。该装置康复训练功能单一，不具备主动训练的功能；同时，康复训练装置体积较大，不具备刚度变化功能，易对患者造成二次伤害。

通过以上的检索发现，以上技术方案没有影响本发明的新颖性；并且以上专利文件的相互组合没有破坏本发明的创造性。

发明内容

本发明正是为了避免上述现有技术所存在的不足之处，提供了一种具有变刚度功能的人体上肢康复训练装置

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：一种具有变刚度功能的人体上肢康复训练装置，包括通过连接调节结构依次安装连接的肩关节机构、大臂伸缩架、肘关节机构、小臂伸缩架和腕关节机构，所述肘关节机构和所述腕关节机构各设有一个变刚度关节；

所述变刚度关节包括输入盘、输出盘、变刚度驱动结构和复位调节结构；中间轴和刚度调节电机分别通过轴承座转动连接于所述输入盘上及固定于所述输入盘上，所述中间轴上连接有涡轮和凸轮，所述刚度调节电机的输出端连接与所述涡轮啮合的蜗杆，构成所述变刚度驱动结构；

两个传动复位单元对称设于所述凸轮两侧，两端分别与两个通过固定支架连接固定于所述输入盘上的滑行轨道配合并形成滑动副，构成所述复位调节结构；所述传动复位单元包括位于中部的输出安装连接架、分别位于所述输出安装连接架两侧的两个压簧、分别与两个所述滑行轨道配合连接的压簧安装架及连接固定于所述输出安装连接架上的输出杆和滚轮，所述压簧的两端分别与所述输出安装连接架及对应的所述压簧安装架连接固定，所述滚轮与所述凸轮配合，所述输出杆与所述输出盘配合连接，构成垂直于各所述压簧方向的滑动副；

所述肘关节机构的肘关节步进电机输出端与肘关节磁流变阻尼器的输入端连接固定，所述肘关节磁流变阻尼器的输出端与所述肘关节机构设置的所述变刚度关节的输入盘连接，该输入盘通过所述连接调节结构与所述大臂伸缩架末端连接固定，该变刚度关节的输出盘通过所述连接调节结构与所述小臂伸缩架的前端连接固定；

所述腕关节机构的腕关节步进电机输出端与腕关节磁流变阻尼器的输入端连接固定，所述腕关节磁流变阻尼器的输出端与所述腕关节机构设置的所述变刚度关节的输入盘连接固定，该输入盘通过所述连接调节结构与所述小臂伸缩架末端连接固定，该变刚度关节的输出盘上设有手握架；所述大臂伸缩架前端与所述肩关节机构的输出端连接固定，所述大臂伸缩架和所述小臂伸缩架上设有各用于固定患者手臂的肢体防护固定架。

进一步的，下三角板和上三角板之间设各电动推杆，肩关节步进电机和肩关节磁流变阻尼器安装于所述下三角板上，所述肩关节磁流变阻尼器的输入端与所述肩关节步进电机的输出端连接，输出端与所述下三角板连接；可伸缩的中间推杆位于各所述电动推杆之间，其顶端和底端分别通过上万向节和下万向节与连接于所述上三角板顶部的上连接盘及所述下三角板连接，构成所述肩关节机构；所述电动推杆铰接安装于所述下三角板上，其输出端与所述上三角板球铰连接，所述上连接盘与所述大臂伸缩架的前端连接。

进一步的，所述电动推杆的数量为三个，以周向120°均布分布设置。

进一步的，两个连接架的前端分别与固手架底座两端转动连接，末端连接一个固手架，所述固手架上设有柔性防护粘带，构成所述肢体防护固定架；所述固手架底座连接固定于所述大臂伸缩架或所述小臂伸缩架上，两个所述固手架贴合于患者手臂表面设置，两条所述柔性防护粘带绑扎固定于患者手臂上。

进一步的，所述固手架与患者手臂贴合的面呈弧形面，其上设有橡胶层。

进一步的，两个所述输出安装连接架之间还于所述中间轴两侧对称设复位弹簧，两个所述复位弹簧两端分别与两个所述输出安装连接架连接固定。

进一步的，所述连接调节结构包括第一肘关节连接架、第二肘关节连接架和腕关节连接架，所述大臂伸缩架末端通过所述第一肘关节连接架与对应的输入盘连接固定，小臂伸缩架前端和末端分别通过所述第二肘关节连接架和所述腕关节连接架与对应的输出盘和对应的输入盘连接固定。

进一步的，所述大臂伸缩架和所述小臂伸缩架呈可伸缩的空心结构。

进一步的，所述大臂伸缩架和所述小臂伸缩架的前端和末端均分别设有肢体防护固定架。

本发明提供了一种具有变刚度功能的人体上肢康复训练装置，具有以下有益效果：

1、本发明可以对患者的上肢进行主动和被动的康复训练，并通过在肘关节和腕关节处设置独立驱动的变刚度关节，实现与康复动作独立解耦的刚度调节，在保证康复训练装置工作稳定性的基础上，提高了康复训练装置的使用安全性，避免康复训练装置产生刚性冲击，对患者造成二次伤害；

2、本发明的变刚度关节与肘关节机构和腕关节机构独立解耦，避免了肘关节机构和腕关节机构的运动对其产生影响，提高了刚度控制的精度；

3、本发明的变刚度关节采用蜗轮蜗杆的传动结构和凸轮滚轮的刚度调节结构，传动过程平稳，噪声小，刚度调节范围大，具有一定的缓冲功能；

4、本发明的变刚度关节设有复位弹簧，使滚轮与凸轮之间始终保持线接触，并使滚轮与凸轮的运动轨迹相切，不会产生空行程，确保了刚度调节的高调节速度；

5、本发明的变刚度关节结构紧凑，空间占比小；

6、本发明的肩关节机构的运动由肩关节步进电机和各电动推杆共同控制，

7、本发明的肩关节步进电机、肘关节步进电机和腕关节步进电机输出端分别设有肩关节磁流变阻尼器、肘关节磁流变阻尼器和腕关节磁流变阻尼器，能够在患者的后期康复训练中提供具有一定阻力的主动康复训练，以改善患者肌肉恢复的效果；

8、本发明的中间推杆两端分别通过下万向节和上万向节与下三角板和上三角板连接，中间推杆端部具有高旋转自由度，同时，中间推杆自身也为可伸缩结构，能对万向节传动导致的线位置差进行补偿，保证传动的平顺、稳定；

9、肢体防护固定架以能够转动的连接架和柔性防护粘带配合实现患者上肢的固定，能够适应不同身材的患者的使用，固手架与患者手臂贴合面呈弧形并设橡胶层，贴合度高且具有一定缓冲效果，能够提高患者康复训练的舒适度；

10、本发明的大臂伸缩架和小臂伸缩架采用可调节的空心结构，不仅改善了装置的可顺应性，还具有结构紧凑、质量轻的优点。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明肩关节机构的结构示意图；

图3为本发明变刚度关节的结构示意图；

图4为本发明输入盘、变刚度驱动结构和复位调节结构的俯视结构示意图；

图5为本发明输入盘、变刚度驱动结构和复位调节结构的仰视结构示意图；

图6为本发明输出安装连接架、凸轮、滚轮和复位弹簧的结构示意图；

图7为本发明肢体防护固定架的结构示意图；

图8为本发明输出安装连接架的结构示意图；

图9为杠杆系统的变刚度原理示意图。

图中：

1、肩关节机构，100、肩关节步进电机，101、肩关节磁流变阻尼器，102、下三角板，103、下万向节，104、中间推杆，105、上万向节，106、电动推杆，107、上三角板，108、上连接盘；2、肘关节机构，200、肘关节步进电机，201、肘关节磁流变阻尼器；3、腕关节机构，300、腕关节步进电机，301、腕关节磁流变阻尼器；4、变刚度关节，40、输入盘，41、输出盘，42、变刚度驱动结构，420、轴承座，421、刚度调节电机，422、蜗杆，423、涡轮，424、中间轴，425、凸轮，43、复位调节结构，430、固定支架，431、滑行轨道，432、压簧安装架，433、压簧，434、输出安装连接架，435、输出杆，436、复位弹簧，437、滚轮；5、肢体防护固定架，500、固手架底座，501、连接架，502、固手架，503、橡胶层，504、柔性防护粘带；6、大臂伸缩架；7、小臂伸缩架；8、连接调节结构，800、第一肘关节连接架，801、第二肘关节连接架，802、腕关节连接架，803、外伸筋板；9、手握架。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1～图8所示，其结构关系为：包括通过连接调节结构8依次安装连接的肩关节机构1、大臂伸缩架6、肘关节机构2、小臂伸缩架7和腕关节机构3，肘关节机构2和腕关节机构3各设有一个变刚度关节4；

变刚度关节4包括输入盘40、输出盘41、变刚度驱动结构42和复位调节结构43；中间轴424和刚度调节电机421分别通过轴承座420转动连接于输入盘40上及固定于输入盘40上，中间轴424上连接有涡轮423和凸轮425，刚度调节电机421的输出端连接与涡轮423啮合的蜗杆422，构成变刚度驱动结构42；

两个传动复位单元对称设于凸轮425两侧，两端分别与两个通过固定支架430连接固定于输入盘40上的滑行轨道431配合并形成滑动副，构成复位调节结构43；传动复位单元包括位于中部的输出安装连接架434、分别位于输出安装连接架434两侧的两个压簧433、分别与两个滑行轨道431配合连接的压簧安装架432及连接固定于输出安装连接架434上的输出杆435和滚轮437，压簧433的两端分别与输出安装连接架434及对应的压簧安装架432连接固定，滚轮437与凸轮425配合，输出杆435与输出盘41配合连接，构成垂直于各压簧433方向的滑动副；

肘关节机构2的肘关节步进电机200输出端与肘关节磁流变阻尼器201的输入端连接固定，肘关节磁流变阻尼器201的输出端与肘关节机构2设置的变刚度关节4的输入盘40连接，该输入盘40通过连接调节结构8与大臂伸缩架6末端连接固定，该变刚度关节4的输出盘41通过连接调节结构8与小臂伸缩架7的前端连接固定；

肘关节机构2由肘关节步进电机200输入动力，动力经输入盘40及固定支架430传递，由各压簧433弹性适应后传递至输出安装连接架434，再经输出杆435传递至输出盘41输出；

刚度调节由刚度调节电机421通过蜗杆422驱动与其啮合的涡轮423转动，进而经中间轴424带动凸轮425转动，再由凸轮425经滚轮437驱动对应的输出安装连接架434运动，输出安装连接架434位置变化的过程中，各压簧安装架432应当带动其上连接的压簧433沿对应的滑行轨道431跟随运动，即安装连接架434和压簧安装架433的位置同步变化；安装连接架434和压簧安装架433位置的同步变化使杠杆系统的力臂变化，从而实现肘关节机构2输出刚度的主动调节，即变刚度。

腕关节机构3的腕关节步进电机300输出端与腕关节磁流变阻尼器301的输入端连接固定，腕关节磁流变阻尼器301的输出端与腕关节机构3设置的变刚度关节4的输入盘40连接固定，该输入盘40通过连接调节结构8与小臂伸缩架7末端连接固定，该变刚度关节4的输出盘41上设有手握架9；大臂伸缩架6前端与肩关节机构1的输出端连接固定，大臂伸缩架6和小臂伸缩架7上设有各用于固定患者手臂的肢体防护固定架5。

腕关节机构3由腕关节步进电机300输入动力，动力经输入盘40及固定支架430传递，由各压簧433弹性适应后传递至输出安装连接架434，再经输出杆435传递至输出盘41输出；

刚度调节由刚度调节电机421通过蜗杆422驱动与其啮合的涡轮423转动，进而经中间轴424带动凸轮425转动，再由凸轮425经滚轮437驱动对应的输出安装连接架434运动，输出安装连接架434位置变化的过程中，各压簧安装架432应当带动其上连接的压簧433沿对应的滑行轨道431跟随运动，即安装连接架434和压簧安装架433的位置同步变化；安装连接架434和压簧安装架433位置的同步变化使杠杆系统的力臂变化，从而实现腕关节机构3输出刚度的主动调节，即变刚度。

优选的，下三角板102和上三角板107之间设各电动推杆106，肩关节步进电机100和肩关节磁流变阻尼器101安装于下三角板102上，肩关节磁流变阻尼器101的输入端与肩关节步进电机100的输出端连接，输出端与下三角板102连接；可伸缩的中间推杆104位于各电动推杆106之间，其顶端和底端分别通过上万向节105和下万向节103与连接于上三角板107顶部的上连接盘108及下三角板102连接，构成肩关节机构1；电动推杆106铰接安装于下三角板102上，其输出端与上三角板球铰连接，以实现较大空间位置任意方向的旋转；上连接盘108与大臂伸缩架6的前端连接；

肩关节机构1由肩关节步进电机100输入动力，动力经下三角板102、中间推杆104、各电动推杆106、上三角板107及连接盘108传递，输出至大臂伸缩架6前端，驱动大臂伸缩架6转动。

优选的，电动推杆106的数量为三个，以周向120°均布分布设；三个电动推杆106控制两个翻转方向的旋转自由度和一个冗余的移动自由度，肩关节步进电机100控制中间推杆104的轴向旋转自由度；中间推杆104为可伸缩结构，以补偿上万向节105和下万向节103运动过程中产生的结构线位置差。

优选的，两个连接架501的前端分别与固手架底座500两端转动连接，末端连接一个固手架502，固手架502上设有柔性防护粘带504，构成肢体防护固定架5；固手架底座500连接固定于大臂伸缩架6或小臂伸缩架7上，两个固手架502贴合于患者手臂表面设置，两条柔性防护粘带504绑扎固定于患者手臂上；连接架501和固手架底座500的转动连接和两条柔性防护粘带504的绑扎设置使肢体防护固定架5能适用于不同患者的不同患肢，提高了装置的可顺应性。

优选的，固手架502与患者手臂贴合的面呈弧形面，其上设有橡胶层503，橡胶层503具有一定缓冲作用，能够提升患者佩戴的舒适感。

优选的，两个输出安装连接架434之间还于中间轴424两侧对称设复位弹簧436，两个复位弹簧436两端分别与两个输出安装连接架434连接固定。

优选的，连接调节结构8包括第一肘关节连接架800、第二肘关节连接架801和腕关节连接架802，大臂伸缩架6末端通过第一肘关节连接架800与对应的输入盘40连接固定，小臂伸缩架7前端和末端分别通过第二肘关节连接架801和腕关节连接架802与对应的输出盘41和对应的输入盘40连接固定。

第一肘关节连接架800、第二肘关节连接架801和腕关节连接架802设计时应当根据具体结构相应设计，以避免大臂伸缩架6、小臂伸缩架7与肘关节机构2和腕关节机构3发生运动干涉；具体可采用如外伸筋板803的结构实现。

优选的，大臂伸缩架6和小臂伸缩架7呈可伸缩的空心结构。

优选的，大臂伸缩架6和小臂伸缩架7的前端和末端均分别设有肢体防护固定架5。

具体使用时，应当根据患者肌肉和神经损伤的程度，针对性地进行不同训练模式的康复治疗，同时，同一个患者康复治疗的过程中，应当在不同时期分别针对性地对应设计康复治疗模式。

本发明的康复训练装置包括但不限于以下康复训练模式：

A、被动康复训练模式

被动康复训练模式适用于上肢处于瘫软期或者无力期、不能自我进行任何动作的患者；此模式下患者上肢处于放松状态，由上肢康复训练装置带动患肢上肢进行康复训练动作。被动康复训练模式的作用为消除患肢肿胀，恢复上肢关节的活动范围。

被动康复训练模式的具体执行方式为：肩关节步进电机100、肘关节步进电机200和腕关节步进电机300输入动力，肩关节磁流变阻尼器101、肘关节磁流变阻尼器201和腕关节磁流变阻尼器301不工作，变刚度关节4根据医生指导调节至合适的刚度输出，大臂伸缩架6和小臂伸缩架7协调配合，使得上肢和康复训练装置带动患者上肢进行康复训练动作。

B、主动康复训练模式

主动康复训练模式适用于上肢处于痉挛后期和恢复后期，具有一定自我运动能力的患者；此模式下患者上肢主动进行相应的肢体关节的伸展运动，上肢康复训练装置辅助康复训练的进行。主动康复训练模式的作用为训练患者上肢肌肉强度和关节的控制力度，从而加快患者上肢功能的恢复。

主动康复训练模式具体执行方式为：肩关节步进电机100、肘关节步进电机200和腕关节步进电机300不进行动力输入，肩关节磁流变阻尼器101、肘关节磁流变阻尼器201和腕关节磁流变阻尼器301工作，提供相应关节处的阻力，患者控制上肢发力，以克服阻力进行伸展运动。

C、主-被动康复训练模式

主-被动康复训练模式适用于康复训练后期已经基本恢复自主运动能力的患者，其作用为促进上肢肌肉功能的快速恢复。

主-被动康复训练模式具体执行方式为：肩关节步进电机100、肘关节步进电机200和腕关节步进电机300按医生指导定转速输入动力，肩关节磁流变阻尼器101、肘关节磁流变阻尼器201和腕关节磁流变阻尼器301工作，提供相应关节处的阻力，使患者上肢和康复训练装置协调运动达到某个固定的角度和运动姿态，并反复进行康复训练动作。

康复训练的过程中，患者的上肢应当与各肢体防护固定架5良好贴合，手部放置于手握架9上。

本发明的刚度调节原理基于杠杆系统的变刚度原理，其刚度及受力分析如图9所示，该杠杆系统中，中间轴424相当于支点，输出杆435相当于杠杆，关于输出杆435对称分布的一对压簧433相当于一个弹簧，输出杆435与压簧433连接处能够实现压簧沿输出杆435轴向的运动的作用结构相当于输出安装连接架434，输出安装连接架434与中间轴424之间的距离为有效力臂长度L；同时，还设有与输出安装连接架434共同实现压簧433沿输出杆435轴向的运动的压簧安装架432和滑行轨道431；

该杠杆系统的刚度K的表达式为：

其中，k_m为压簧433的弹性系数，T为外力的等效力矩，a为杠杆受外力的偏角；

由上述公式可知，控制杠杆系统输出的刚度的变量为L和a。本发明中，当两个输出杆435与对应的输入盘40保持同步转动时a＝0，即可通过调整单一变量L来实现输出刚度的调节；此时，变刚度关节4输出的刚度满足下式：

进行杠杆系统刚度主动调节的过程中，中间轴424带动两个凸轮425运动，从而驱动两个滚轮437及与其连接的两个输出安装连接架434产生沿输出杆435轴向的相背或相向的运动；与此同时，各压簧433带动对应的压簧安装架432沿对应的滑行轨道431同步滑动，使得中间轴424与输出安装连接架434之间的距离即有效力臂长度L相应变大或变小，从而实现如式二所示的变刚度关节的主动刚度调节功能，即L越大，变刚度关节4输出的刚度越大，L越小，变刚度关节4输出的刚度越小。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种具有变刚度功能的人体上肢康复训练装置，其特征在于：包括通过连接调节结构(8)依次安装连接的肩关节机构(1)、大臂伸缩架(6)、肘关节机构(2)、小臂伸缩架(7)和腕关节机构(3)，所述肘关节机构(2)和所述腕关节机构(3)各设有一个变刚度关节(4)；

所述变刚度关节(4)包括输入盘(40)、输出盘(41)、变刚度驱动结构(42)和复位调节结构(43)；中间轴(424)和刚度调节电机(421)分别通过轴承座(420)转动连接于所述输入盘(40)上及固定于所述输入盘(40)上，所述中间轴(424)上连接有涡轮(423)和凸轮(425)，所述刚度调节电机(421)的输出端连接与所述涡轮(423)啮合的蜗杆(422)，构成所述变刚度驱动结构(42)；

两个传动复位单元对称设于所述凸轮(425)两侧，其两端分别与两个滑行轨道(431)配合并形成滑动副，两个所述滑行轨道(431)分别通过两个固定支架(430)连接固定于所述输入盘(40)上，构成所述复位调节结构(43)；所述传动复位单元包括位于中部的输出安装连接架(434)、分别位于所述输出安装连接架(434)两侧的两个压簧(433)、分别与两个所述滑行轨道(431)配合连接的压簧安装架(432)及安装于所述输出安装连接架(434)上的输出杆(435)和滚轮(437)，所述压簧(433)的两端分别与所述输出安装连接架(434)及对应的所述压簧安装架(432)连接固定，所述滚轮(437)与所述凸轮(425)配合，所述输出杆(435)与所述输出盘(41)连接固定，并与所述输出安装连接架(434)配合连接，构成垂直于各所述压簧(433)方向的滑动副；

所述肘关节机构(2)的肘关节步进电机(200)输出端与肘关节磁流变阻尼器(201)的输入端连接固定，所述肘关节磁流变阻尼器(201)的输出端与所述肘关节机构(2)设置的所述变刚度关节(4)的输入盘(40)连接，该输入盘(40)通过所述连接调节结构(8)与所述大臂伸缩架(6)末端连接固定，该变刚度关节(4)的输出盘(41)通过所述连接调节结构(8)与所述小臂伸缩架(7)的前端连接固定；

所述腕关节机构(3)的腕关节步进电机(300)输出端与腕关节磁流变阻尼器(301)的输入端连接固定，所述腕关节磁流变阻尼器(301)的输出端与所述腕关节机构(3)设置的所述变刚度关节(4)的输入盘(40)连接固定，该输入盘(40)通过所述连接调节结构(8)与所述小臂伸缩架(7)末端连接固定，该变刚度关节(4)的输出盘(41)上设有手握架(9)；所述大臂伸缩架(6)前端与所述肩关节机构(1)的输出端连接固定，所述大臂伸缩架(6)和所述小臂伸缩架(7)上设有各用于固定患者手臂的肢体防护固定架(5)。

2.根据要求1所述的一种具有变刚度功能的人体上肢康复训练装置，其特征在于：下三角板(102)和上三角板(107)之间设各电动推杆(106)，肩关节步进电机(100)和肩关节磁流变阻尼器(101)安装于所述下三角板(102)上，所述肩关节磁流变阻尼器(101)的输入端与所述肩关节步进电机(100)的输出端连接，输出端与所述下三角板(102)连接；可伸缩的中间推杆(104)位于所述各电动推杆(106)之间，其顶端和底端分别通过上万向节(105)和下万向节(103)与连接于所述上三角板(107)顶部的上连接盘(108)及所述下三角板(102)连接，构成所述肩关节机构(1)；所述电动推杆(106)铰接安装于所述下三角板(102)上，其输出端与所述上三角板球铰连接，所述上连接盘(108)与所述大臂伸缩架(6)的前端连接。

3.根据要求2所述的一种具有变刚度功能的人体上肢康复训练装置，其特征在于：所述电动推杆(106)的数量为三个，以周向120°均布分布设置。

4.根据要求1所述的一种具有变刚度功能的人体上肢康复训练装置，其特征在于：两个连接架(501)的前端分别与固手架底座(500)两端转动连接，末端连接一个固手架(502)，所述固手架(502)上设有柔性防护粘带(504)，构成所述肢体防护固定架(5)；所述固手架底座(500)连接固定于所述大臂伸缩架(6)或所述小臂伸缩架(7)上，两个所述固手架(502)贴合于患者手臂表面设置，两条所述柔性防护粘带(504)绑扎固定于患者手臂上。

5.根据要求4所述的一种具有变刚度功能的人体上肢康复训练装置，其特征在于：所述固手架(502)与患者手臂贴合的面呈弧形面，其上设有橡胶层(503)。

6.根据要求1所述的一种具有变刚度功能的人体上肢康复训练装置，其特征在于：两个所述输出安装连接架(434)之间还于所述中间轴(424)两侧对称设复位弹簧(436)，两个所述复位弹簧(436)两端分别与两个所述输出安装连接架(434)连接固定。

7.根据要求1所述的一种具有变刚度功能的人体上肢康复训练装置，其特征在于：所述连接调节结构(8)包括第一肘关节连接架(800)、第二肘关节连接架(801)和腕关节连接架(802)，所述大臂伸缩架(6)末端通过所述第一肘关节连接架(800)与对应的输入盘(40)连接固定，小臂伸缩架(7)前端和末端分别通过所述第二肘关节连接架(801)和所述腕关节连接架(802)与对应的输出盘(41)和对应的输入盘(40)连接固定。

8.根据要求1所述的一种具有变刚度功能的人体上肢康复训练装置，其特征在于：所述大臂伸缩架(6)和所述小臂伸缩架(7)呈可伸缩的空心结构。

9.根据要求1所述的一种具有变刚度功能的人体上肢康复训练装置，其特征在于：所述大臂伸缩架(6)和所述小臂伸缩架(7)的前端和末端均分别设有肢体防护固定架(5)。

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